中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所激光技術(shù)中心研究員方曉東課題組在量子點(diǎn)敏化太陽能電池（QDSCs）研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果以A new probe into thin copper sulfide counter electrode with thickness below 100 nm for quantum dot-sensitized solar cells 為題發(fā)表在《電化學(xué)學(xué)報(bào)》雜志上（Electrochimica Acta 205 (2016) 45–52）。
QDSCs是具有廣闊發(fā)展前景的第三代太陽能電池，對電極作為QDSCs的重要組成部分，起到促進(jìn)電荷傳輸、加速電解質(zhì)還原的作用。硫化銅（CuS）憑借其較高的電導(dǎo)率和催化活性，被廣泛地應(yīng)用于QDSCs對電極的研究。目前使用的CuS對電極厚度大多為幾百納米至幾微米，厚度低于100納米的對電極鮮有報(bào)道。降低對電極厚度具有降低成本、提高催化材料與基底的結(jié)合力等優(yōu)點(diǎn)，因此，在催化活性相當(dāng)?shù)那疤嵯拢穸容^薄的對電極更具優(yōu)勢。
該課題組使用簡單的化學(xué)浴法制備了一系列厚度低于100 nm的CuS薄膜，研究了不同前驅(qū)體溶液濃度對薄膜厚度、表面粗糙度和電阻率的影響。在此基礎(chǔ)上，將不同厚度的CuS薄膜作為對電極應(yīng)用于CdS/CdSe量子點(diǎn)共敏化的QDSCs，研究了它們對QDSCs的性能的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)厚度僅為64 nm左右的CuS對電極（CS 2.5）組裝的QDSCs獲得了3.25%的光電轉(zhuǎn)換效率（如圖A所示），優(yōu)于Pt對電極（1.91%）和刮涂法制備的厚度達(dá)2.8 μm的CuS對電極（CS-DB，2.15%），這也是目前報(bào)道使用如此薄的CuS對電極在QDSCs中的獲得的最高效率。電化學(xué)阻抗譜（EIS如圖B所示）、Tafel極化曲線和循環(huán)伏安曲線（CV）等電化學(xué)測試表明，這種薄CuS對電極具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中科院新型薄膜太陽電池重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
（A）三種對電極QDSCs的J-V曲線；（B）三種對電極對稱結(jié)構(gòu)電池的Nyquist曲線
